下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号CA。根据需要也可在磨制Al 2 O 3 质量分数大于 68％的水泥时掺加适量的α-Al 2 O 3 粉。它是一种快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥。
铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙（CaO·Al 2 O 3 ，简写CA）及其他的铝酸盐矿物，如CaO·2Al 2 O 3 （简写CA 2 ）、2CaO·Al 2 O 3 ·SiO 2 （简写 2CAS）、12CaO·7Al 2 O 3 （简写C 12 A 7 ）等。有时还含有少量的 2CaO·SiO 2 等。
《铝酸盐水泥》（GB /T 201—2015）中铝酸盐水泥按Al 2 O 3 质量分数可分为 4 类：
①CA50：50％≤ ω （ Al 2 O 3 ）＜ 60％，该品种根据强度分为CA50-Ⅰ， CA50-Ⅱ， CA50-Ⅲ和CA50-Ⅳ；
②CA60：60％≤ ω （Al 2 O 3 ）＜68％，该品种根据主要矿物组成分为CA60-Ⅰ（以铝酸一钙为主）和CA60-Ⅱ（以铝酸二钙为主）；
③CA70：68％≤ ω （Al 2 O 3 ）＜77％；
④CA80：77％≤ ω （Al 2 O 3 ）。
铝酸盐水泥的水化和硬化，主要就是铝酸一钙的水化及其水化物的结晶。一般认为其水化反应随温度的不同而水化产物不相同。其各项反应依次为：
温度 20 ℃以下时：
温度 20～30 ℃时：
温度高于 30 ℃时：
在较低温度下，水化物主要是CAH 10 和C 2 AH 8 ，呈细长针状和板状结晶连生体，形成骨架。析出的Ca（OH） 2 凝胶填充于骨架空隙中，形成密实的水泥石。
在温度大于 30 ℃时，水化生成物C 3 AH 6 强度则大为降低。需要注意的是，CAH 10 和C 2 AH 8 都是不稳定的，会逐步转化为C 3 AH 6 ，这种转变会因温度升高而加速。晶体转变的结果，使水泥石析出游离水，增大孔隙率；同时由强度高的晶体转化成强度低的C 3 AH 6 。
铝酸盐水泥常为黄褐色，也有呈灰色的。铝酸盐水泥的密度和堆积密度与普通硅酸盐水泥相近。对其物理性能的要求如下：
①细度。比表面积不小于 300 m 2 /kg或 0.045 mm方孔筛筛余不大于 20％，有争议时以比表面积为准。
②凝结时间。铝酸盐水泥胶砂凝结时间应符合表3.14 的规定。
③强度。铝酸盐水泥各龄期强度应符合表3.15 中数值。
表3.14 铝酸盐水泥的凝结时间
表3.15 铝酸盐水泥各龄期强度要求
（1）快硬早强
铝酸盐水泥硬化快、早期强度发展迅速。在低温环境（5 ～ 10 ℃ ）能很快硬化，强度高，而在较高温度下（30 ℃以上）养护，强度急剧下降，这一特点与硅酸盐水泥截然相反。因此，铝酸盐水泥适用于紧急抢修、低温季节施工、早期强度要求高的特殊工程；不宜在高温季节施工，更不宜蒸汽养护。
（2）水化热高、放热快
铝酸盐水泥硬化过程放热量大，放热速度快，早期强度高，特别适用于寒冷地区冬季施工，可避免冻害；但不适用于大体积混凝土工程。
（3）耐蚀性好、密实不透水
铝酸盐水泥水化物中极少Ca（OH） 2 ，水泥石结构致密。因此耐软水侵蚀，耐硫酸盐、酸类侵蚀性好，抗渗性好；但铝酸盐水泥对碱的侵蚀无抵抗能力。
（4）耐热性好
虽然铝酸盐水泥的水化反应不宜在较高温下（30 ℃以上）进行，但硬化后的水泥石在1 000 ℃以上温度仍能保持较高强度，这是因为在高温下各组分发生固相反应成烧结状态，代替了水泥的水化结合。所以，铝酸盐水泥可作为耐热混凝土的胶结材料，用于窑炉炉衬，耐热可达 1 300 ℃，而且对酸性烟气侵蚀有较强的抵抗能力。
（5）应用时必须注意的问题
铝酸盐水泥硬化后由于晶体转化，长期强度下降幅度大（比早期最高强度下降约 40％），因此不宜用于长期承重的结构。未经试验，铝酸盐水泥不得与硅酸盐水泥、石灰等能析出Ca（OH） 2 的材料混合使用，铝酸盐水泥水化过程遇到Ca（OH） 2 将出现“闪凝”，无法施工，而且硬化后强度很低。
将铝质原料（如矾土）、石灰质原料（如石灰石）和石膏适当配合，煅烧成以无水硫铝酸钙为主的熟料，该熟料掺适量石膏共同磨细，即可制得硫铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥的主要品种有快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥等。此类水泥以其早期强度高、干缩率小、抗渗性好、耐蚀性好，而且生产成本低等特点，在混凝土工程中得到广泛应用。
本节将对硫铝酸盐类水泥中的快硬硫铝酸盐水泥作简要介绍。
快硬硫铝酸盐水泥是指以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分的熟料，加入适量石膏制成的，具有早期强度高的水硬性胶凝材料。代号R.SAC。
快硬硫铝酸盐水泥中的主要矿物成分有无水硫铝酸钙（4CaO·3Al 2 O 3 ·CaSO 4 ）、硅酸二钙（2CaO·SiO 2 ）、石膏（CaSO 4 ·2H 2 O）；其中，石灰石质量分数不得大于 15％。
快硬硫铝酸盐水泥加水后，能迅速地与水发生复杂的水化反应，主要水化产物有水化硫铝酸钙晶体（3CaO·Al 2 O 3 ·3CaSO 4 ·32H 2 O、3CaO·Al 2 O 3 ·3CaSO 4 ·12H 2 O）、水化硅酸钙凝胶和铝胶。
硬化后的水泥石，强度迅速增长，形成的水泥石以水化硫铝酸钙晶体为骨架，在骨架间隙中填充凝胶体，而且硬化过程有微膨胀。因此，水泥石密度大、强度高。
国家标准《硫铝酸盐水泥》（GB /T 20472—2006）规定的技术要求如下：
①比表面积。比表面积不得低于 350 m 2 /kg。
②凝结时间。初凝不早于 25 min，终凝不迟于 180 min。
③强度。以 3 d抗压强度分为 42.5、52.5、62.5、72.5 共 4 个等级，各龄期强度应不低于表3.16中数值。
表3.16 快硬硫铝酸盐水泥各龄期强度要求
（1）凝结硬化快、早期强度高
快硬硫铝酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，以 3 d强度表示强度等级。3 d强度与硅酸盐水泥 28 d强度相当，特别适用于抢修、堵漏、喷锚加固工程。
（2）水化放热快
快硬硫铝酸盐水泥水化速度快，水化放热快，又因早期强度增长迅速，不易发生冻害，所以适用于冬季施工；但不宜用于大体积混凝土工程。
（3）微膨胀、密实度大
快硬硫铝酸盐水泥水化生成大量钙矾石晶体，产生体积膨胀，而且水化需要大量结晶水，所以硬化后水泥石致密不透水，适用于有抗渗、抗裂要求的接头、接缝的混凝土工程。
（4）耐蚀性好
快硬硫铝酸盐水泥水化硬化后的水泥石中不含Ca（OH） 2 、水化铝酸钙（3CaO·Al 2 O 3 ·6H 2 O），又因水泥石密实度高，所以耐软水、酸类、盐类腐蚀的能力好，适用于有耐蚀性要求的混凝土工程。
（5）低碱度
快硬硫铝酸盐水泥碱度低，对钢筋保护能力差，不适用于重要的钢筋混凝土结构。由于碱度低，特别适用于玻璃纤维增强的混凝土制品。
（6）耐热性差
由于快硬硫铝酸盐水泥水化产物中含大量结晶水，遇高温失去结晶水结构疏松，强度下降，所以不宜用于有耐热要求的混凝土工程。
普通硅酸盐水泥在空气中硬化，通常表现为收缩。由于收缩，混凝土内部会产生裂纹，这样不但使混凝土的整体性破坏，而且会使混凝土的一些性能（如强度、抗渗性、抗冻性等）劣化。
膨胀水泥是一种在水化过程中体积产生膨胀的水泥，当用膨胀水泥配制混凝土时，硬化过程中产生一定数值的膨胀，可以克服或改善普通混凝土所产生的缺点。
根据膨胀值和用途的不同，膨胀性水泥可分为膨胀水泥和自应力水泥两类，前者膨胀数值较低，限制膨胀时所产生的压应力能大致抵消干缩所产生的拉应力，所以有时又称为不收缩水泥或补偿收缩水泥；而后者具有较高的膨胀率，当用这种水泥配制钢筋混凝土时，由于握裹力的存在，混凝土本身一定受一个来自钢筋的压应力，当然这种压力实际上是水泥膨胀导致的，所以称为自应力，这种水泥称为自应力水泥。
虽然有许多化学反应能使水泥混凝土产生膨胀，但适合制造膨胀性水泥的主要有 3 种方法：
①在水泥中掺入一定量的适当温度下烧制得到的氧化钙，氧化钙水化产生体积膨胀。
②在水泥中掺入一定量的适当温度下烧制得到的氧化镁，氧化镁水化产生体积膨胀。
③在水泥石中形成钙矾石产生体积膨胀。
由于氧化钙和氧化镁的水化速度对环境温度较为敏感，它们的水化速率和膨胀速度因其煅烧温度和颗粒大小不同而改变。因此，工业化生产上通常不用它们做膨胀组分。钙矾石不但形成快、膨胀率大，而且相当稳定，因此在制作膨胀水泥时，广泛应用形成钙矾石的组分为膨胀组分。
按水泥主要成分可分为硅酸盐、铝酸盐和硫铝酸盐型膨胀水泥。硅酸盐膨胀水泥是以硅酸盐为主要组分外加铝酸盐水泥和石膏配制而成的一种水硬性胶凝材料。这种水泥的膨胀作用，主要是由于铝酸盐水泥中的铝酸盐矿物和石膏遇水后化合形成具有膨胀性的钙矾石（3CaO·Al 2 O 3 ·3CaSO 4 ·31H 2 O）晶体，其膨胀值的大小可通过改变铝酸盐水泥和石膏的含量来调节。例如，用 85％～88％的硅酸盐水泥熟料、6％～ 7.5％的铝酸盐水泥、6％～ 7.5％的二水石膏可配制成收缩补偿水泥，用这种水泥配制的混凝土可做屋面刚性防水层、锚固地脚螺栓或修补等用。如适当提高其膨胀组分即可增加膨胀量，配制成自应力水泥。自应力硅酸盐水泥常用于制造钢筋混凝土压力管及配件。
自应力铝酸盐水泥是以一定量的铝酸盐水泥熟料和二水石膏粉磨制成的大膨胀率的胶凝材料，具有自应力值高、抗渗、气密性好等优点，并且制造工艺较易控制，质量较稳定，可制作大口径或较高压力的压力管。但成本高，膨胀稳定期较长。
自应力硫铝酸盐水泥是以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加适量石膏磨细制成的强膨胀性水硬性胶凝材料，可制作大口径或较高压力的压力管。石膏掺量较少时，可用做补偿收缩混凝土。
膨胀水泥的品种很多，工程应用时应根据相应的标准选择合适的水泥。
水泥的品种很多，按其主要水硬性矿物名称可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、铁铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。
硅酸盐水泥熟料有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙 4 种主要矿物。
硅酸盐水泥的凝结硬化按水化反应速率和水泥浆体结构特征分为初始反应期、潜伏期、凝结期和硬化期 4 个阶段。
国家标准对硅酸盐水泥的品质要求有凝结时间、强度、体积安定性、细度、水化热及不溶物、烧失量、氧化镁含量、SO 3 含量、碱含量、氯离子含量等化学品质指标。
硅酸盐水泥熟料水化后生成有氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等水化产物。在一般情况下，这些水化产物是稳定的，水泥石具有较好的耐久性；但在某些侵蚀介质（软水、含酸或盐的水等）作用下，会发生化学变化，强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。
通用水泥是用于一般土木建筑工程的水泥，除硅酸盐水泥外、还包括掺入混合材料后制成的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。
专用水泥和特性水泥是指用于各类有特殊要求的工程中的水泥。
专用水泥以适用的工程命名，如砌筑水泥、道路水泥等。
特性水泥是指某种性能比较突出的一类水泥。特性水泥品种繁多，如硅酸盐系特性水泥中的快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥。
1.何谓通用水泥？它主要指哪六大品种水泥？它们之间有何主要区别？
2.硅酸盐水泥熟料由哪些主要的矿物组成？它们在水泥水化中各表现出什么特性？
3.水泥石的腐蚀机理是什么？怎样防止水泥石的腐蚀？
4.何谓混合材料？常用的活性混合材料有哪几种？它们掺加在水泥中的主要作用是什么？
5.何谓专用水泥？道路水泥有哪些特点？
6.何谓特性水泥？举例说明其特性与应用。